Ползунов Иван Иванович

    Ползунов  Иван Иванович

    (1728 - 1766)

    (1728, Екатеринбург  — 27 мая 1766, Барнаул) — русский  изобретатель, создатель первой  в России паровой машины и  первого в мире двухцилиндрового  двигателя.  

    Юность  и начало карьеры

    Иван  Ползунов родился в семье солдата, выходца из крестьян г. Туринска. После окончания в 1742 году Горнозаводской школы в Екатеринбурге был «механическим учеником» у главного механика уральских заводов Н. Бахарева. К тому времени он отучился 6 лет в словесной, а затем в арифметической школе при Екатеринбургском металлургическом заводе, что по тем временам было совсем немало. В Барнауле молодой Ползунов получил должность гиттеншрейбера, то есть плавильного писаря. Работа эта не только техническая, так как юноша узнавал, сколько и какой руды, угля, флюсов нужно для плавки в той или иной печи, знакомится, хотя и теоретически с режимом плавки. Одаренность молодого гиттеншрейбера была столь очевидна, что привлекала внимание заводского начальства.

    В библиотеке Барнаульского завода он знакомится с трудами М. В. Ломоносова, а также изучает устройство паровых машин.

    Менее чем через 3 года после переезда в  Барнаул, 11 апреля 1750 г., по представлению  одного из руководителей заводов  и крупнейшего знатока горнозаводского  дела, Самюэля Христиани, Ползунов был произведен в младший шихтмейстерский чин с увеличением оклада до 36 руб. в год. Одновременно с новым производством было постановлено, чтобы Христиани обучил Ползунова настолько, чтобы Ползунов "...мог быть достоин к производству в обер-офицерский ранг". Постановление объявляло Ползунову "... что ежели он упомянутые науки познает и в том числе искустен усмотрится, то имеет быть определен ему старший унтершихтмейстрерский оклад, и сверх того повышением чина оставлен не будет". Это решение, предоставлявшее Ползунову возможность осуществить его стремление к учению, не было реализовано. Христиани, занятый управлением заводами, возложенным на него после смерти Андреаса Беэра в мае 1751 г., стремился использовать Ползунова как надежного и добросовестного работника на разнообразных хозяйственных работах. Нехватка людей, особенно специалистов, была бичом Колывано-Воскресенских заводов. Многие работники умирали из-за плохого питания (хлеб доставлялся с перебоями за сотни верст), бытовой неустроенности, отсутствия медицинской помощи. 26 июня 1750 г. младший унтершихтмейстер Иван Ползунов получил задание проверить, правильно ли выбрано место для пристани на реке Чарыше, выше деревни Тугозвонной (ныне Чарышского района), а также измерить и описать дорогу до Змеиногорского рудника. К тому времени там скопились огромные кучи руды, которую не успевали вывозить. Ползунов осмотрел место для пристани, а затем прошел с мерной цепью до самого рудника. Он намерил 85 верст 400 сажен, всю трассу обозначил кольями, наметил даже "зимовья" - удобные места для ночевки обозов с рудой. Длина будущей дороги оказалась в 2 раза короче действующей рудовозной.

    По результатам  поездки он "учинил" чертеж с  подробным описанием, показав себя еще и прекрасным чертежником (этот чертеж до сих пор хранится в госархиве Алтайского края). На завод Ползунов вернулся в июле, а в августе вновь был послан на Красноярскую пристань, где на сей раз пробыл целый год. Осенью он строил рудный сарай, караульную избу для солдат охраны, зимой принял от крестьян-возчиков пять тыс. пудов руды, а весной организовал ее отправку по Чарышу и Оби на Барнаульский завод; в гиттенштейбургскую он вернулся лишь осенью.  

    21 сентября 1751 г. Ползунов вместе со своим  напарником А.Беэром вновь подали совместное прошение в Канцелярию с просьбой и напоминанием об обещании обучать их горным наукам. Но лишь в ноябре 1753 г. Христиани выполняет, наконец, его просьбу. Он определяет Ползунова смотрителем за работой плавильщиков на целых полгода, а затем на Змеиногорский рудник. Это и было учебой. Приходилось учиться у плавильной печи, в руднике, перенимая опыт и знания у практиков, ведь ни вузов, ни техникумов, ни даже школ на Алтае в ту пору не было, как не было технической литературы на русском языке. Кроме изучения различных горных работ Ползунов именно здесь впервые проявил себя как изобретатель. Он принял участие в постройке близ плотины новой лесопилки. Пильная мельница была первым заводским сооружением, возведенным под руководством И.И.Ползунова.

    Она представляла одно из наиболее сложных технических  сооружений того времени. От вращающегося водяного колеса осуществлялась передача двум лесопильным рамам, к "саням", на которых перемещались распиливаемые  бревна, и к бревнотаске. Механизм передачи представлял сложный комплекс движущихся деталей, в состав которого входили: кулачковая передача, зубчатая передача, валы, кривошипы, шатуны, храповые колеса, канатные вороты. Здесь Ползунов получил практическую школу по конструированию  и монтажу сложных передаточных механизмов, содержащих элементы автоматизации. Очень интересным было решение Ползунова  о расположении лесопилки не у  плотины, а в некотором отдалении  от реки Змеевки на деривационном (отводном) канале.

    В ноябре 1754 года Ползунов был определен на завод вести "раскомандировку мастеровым и работным людям в работы", а также "чинить над всеми работами надзирание". Ползунов к этому времени завоевал у начальства такой авторитет, какого не имел ни один из его товарищей унтершихтмейстеров.  

    Поездка в Петербруг 

    В январе 1758 года намечалась отправка в Петербург  очередного каравана с серебром. Доверить такой груз, а это ни много ни мало 3600 кг серебра и 24 кг золота, можно  было только офицеру. Но их к тому времени  оказалось в наличии всего  четверо. Обойтись без любого из них  восемь - десять месяцев (столько времени  занимала поездка в столицу) было "не можно" без ущерба для дела. И Канцелярия придумала такой  выход; караванным офицером назначили  армейского капитана Ширмана, а поскольку он был не в курсе заводских дел, в помощь ему на случай, "если что спроситца, ясно и пространно донести мог" способным был признан унтершихтмейстер Ползунов. Ему же был вручен для передачи в Кабинет, пакет с документами, а также большая сумма денег для закупки нужных заводу товаров.  

    Поездка эта была вдвойне, втройне радостной  для Ползунова. Он получил возможность  побывать, хотя и проездом, в родном Екатеринбурге, посмотреть столицу, Москву, Россию. На 64-е сутки караван прибыл в Петербург. Сдать драгоценные металлы было доверено опять же Ползунову. Принимал их лично директор Монетного двора Иоганн Вильгельм Шлаттер, крупнейший в России специалист в области горного, монетного дела, металлургии. После Петербурга Ползунов еще три месяца задержался в Москве, чтобы закупить заказанные Канцелярией товары. Здесь он и нашел свое личное счастье - познакомился с молодой солдатской вдовой Пелагеей Поваляевой. В Сибирь они отправились вдвоем.

    Повышение по службе

    В январе 1759 года Ползунов был направлен на Красноярскую и Кабановскую пристани руководить приемом руды. Здесь он и получил в марте письмо от Христиани, которое начиналось так: "Благороднейший и почтенный господин шихтмейстер".Сбылась заветная мечта, увенчались успехом десять лет беспорочной службы - Ползунов стал офицером и переведен на офицерскую должность - комиссар Колыванского завода "у прихода и расхода денежной казны" или, применительно к нынешним понятиям, заместителем управляющего заводом по хозяйственной части.  

    Между тем дела на Колывано-Воскресенских заводах начали приходить в упадок. Так, если в год смерти Беэра в 1751 г. выплавка серебра достигла 366 пудов, то к 1760 году она снизилась до 264 пудов. С такой потерей доходов Кабинет, а точнее коронованная хозяйка заводов, мириться не хотела. В октябре 1761 г. начальник заводов А.И.Порошин, незадолго перед тем произведенный в генерал-майоры, был возвращен на Алтай. Он привез с собой целый пакет мер "для улучшения заводов", разработанных Кабинетом (с его участием) и одобренных императрицей. Одной из этих мер было строительство нового сереброплавильного завода.  

    Изобретение паровой машины 

    С приездом А.И.Порошина поиски приобрели широкий  размах. В них были привлечены все  горные офицеры, не привлекался лишь И.И.Ползунов. Незадолго перед тем  он возглавил повытье (контору) "у лесных и куренных дел" Барнаульского завода, ему дали время освоиться с новой хлопотной должностью. Но он не захотел оставаться в стороне от того, чем жило все "горное общество", тоже искал выход, только мысли его пошли в другом направлении: как преодолеть зависимость горно-заводского производства от водяного колеса?

    В апреле 1763 г. он положил на стол начальника завода неожиданный и дерзкий  проект "огненной" машины. И.И.Ползунов предназначал ее для приведения в  действие воздуходувных мехов; а  в дальнейшем мечтал приспособить "по воле нашей, что будет потребно исправлять", но сделать это не успел.В то время в России и мире ни одного парового двигателя еще не было. Единственным источником, из которого ему стало известно, что есть такой на свете, было книга И.В.Шлаттера "Обстоятельное наставление рудокопному делу", изданная в Петербурге в 1760 году. Но в книге были только схема да принцип действия одноцилиндровой машины Ньюкомена, о технологии же ее изготовления - ни слова.

    Ползунов  позаимствовал у И.В.Шлаттера лишь идею пароатмосферного двигателя, до всего остального додумался сам. Необходимые познания о природе теплоты, свойствах воды, воздуха, пара он почерпнул из трудов М.В.Ломоносова. Трезво оценивая трудности осуществления совершенно нового в России дела, Ползунов предлагал построить вначале в порядке эксперимента одну небольшую машину разработанной им конструкции для обслуживания воздуходувной установки (состоявшей из двух клинчатых мехов) при одной плавильной печи.

    Фрагмент  паровой машины - котел и цилиндры

    На чертеже, приложенном к записке, в объяснительном тексте установка, согласно первому проекту Ползунова, включала: котел - в общем той же конструкции, которая применялась в ньюкоменовских машинах; пароатмосферную машину, состоявшую из двух цилиндров с поочередным движением в них поршней ("эмволов") в противоположных направлениях, снабженных парораспределительной и водораспределительной системами; резервуары, насосы и трубы для снабжения установки водой; передаточный механизм в виде системы шкивов с цепями (от балансира Ползунов отказался), приводящей в движение воздуходувные меха. Водяной пар из котла поступал на поршень одного из рабочих цилиндров. Этим выравнивалось давление атмосферного воздуха. Давление пара лишь незначительно превышало давление атмосферного воздуха. Поршни в цилиндре были соединены цепями, и при подъеме одного из поршня второй опускался. Когда поршень достигал верхнего положения, доступ пара автоматически прекращался, и внутрь цилиндра вбрызгивалась холодная вода. Пар конденсировался и под поршнем образовывался вакуум (разреженное пространство). Силою атмосферного давления поршень опускался в нижнее положение и тянул за собою поршень во втором рабочем цилиндре, куда для уравнивания давления впускался пар из того же котла автоматом, действующим от передаточного механизма двигателя. Тот факт, что поршни с системой передачи движения были связаны цепями, показывает, что при подъеме поршней по цепи нельзя было передавать движения (цепь при этом не натянута). Работали все части двигателя за счет энергии опускающегося поршня. т.е. того поршня, который двигался под действием атмосферного давления. Пар не производил полезной работы в двигателе. Величина этой работы зависела от затраты тепловой энергии на протяжении всего цикла. Количество затраченной тепловой энергии выражало собою величину потенциальной энергии каждого из поршней. Это - сдвоенный пароатмосферный цикл. Ползунов отчетливо представлял принцип работы теплового двигателя. Это видно на примерах, которыми он характеризовал условия наилучшей работы изобретенного им двигателя. Зависимость работы двигателя от величины температуры воды, конденсирующей пар, он определял следующими словами: "действие эмволов и их подъемы и спуски тем сделаются выше, чем в фанталах будет вода холоднее, а паче от такой, которая близ пункта замерзания доходит, а еще не сгустеет и от того во всем движении многую подаст способность".

    Поперечный  разрез первой паровой заводской  машины, изобретенной И. И. Ползуновым в 1763 году и построенной в 1764 -- 1765 годах - Центральный исторический госмузей в Ленинграде

    Это положение, известное ныне в термодинамике  в качестве частного случая одного из основных ее законов, до Ползунова  еще не было сформулировано. Сегодня  это означает, что работа теплового  двигателя будет тем больше, чем  ниже будет температура воды, конденсирующей пар, а особенно при достижении ею точки затвердевания воды - 0 градусов по Цельсию.

    Двигатель Ползунова в его проекте 1763 года предназначался для подачи воздуха  в плавильные печи воздуходувными мехами. При желании двигатель легко  мог совершать вращательные движения с помощью широко известного в  России кривошипного механизма. Проект Ползунова был рассмотрен канцелярией  Колывано-Воскресенских заводов и получил высокую оценку со стороны начальника заводов А.И.Порошина. Порошин указывал, что если Ползунов возьмется сделать машину, годную для обслуживания нескольких печей сразу, если он построит машину, пригодную для выливки воды из рудников, то Канцелярия охотно поддержит его замыслы. Окончательное решение этого вопроса оставалось за Кабинетом и хозяйкой заводов - Екатериной II. Проект был направлен в Петербург, но ответ Кабинета был получен в Барнауле только через год.

    Указом  Кабинета от 19 ноября 1763 г. императрица  пожаловала изобретателя в "механикусы" с чином и званием инженерного капитан-поручика. Это означало, что Ползунову теперь было обеспечено жалование в 240 рублей годовых, с добавлением на двух денщиков и содержание лошадей он получал 314 рублей. Ему было обещана награда в 400 рублей. Все это - немалая милость. Она еще раз свидетельствует о том, что императрица Екатерина II любила поддерживать свою славу покровительницы наук и искусств. Но размеры поощрения подтверждают, что значение изобретения Ползунова не поняли в Петербурге.

    Конец жизни

    Пока  Кабинет рассматривал проект двигателя, Ползунов, не теряя времени, работал  над проектом второй очереди. Он конструировал  мощный тепловой двигатель на 15 плавильных печей. Это была уже настоящая  теплосиловая станция. Ползунов не просто увеличивал масштабы двигателя, а вносил в него ряд существенных изменений. Уже после того, как проект мощного  двигателя был закончен, Ползунову стало известно, что Кабинет, ознакомившись с его первым проектом, присвоил ему звание механика и постановил выдать 400 рублей в награду, но никакого решения по существу вопроса не принял.